工軸承內(nèi)環(huán)外環(huán)凹槽表面缺陷檢測

一、滾動軸承表面缺陷

軸承常見的表面缺陷有一下幾種：

1，麻點

零件表面呈分散或群集狀的細小坑點,呈黑色針孔狀凹坑,有一定深度,個別存在或密集分布。形成原因為金屬表面疲勞,在滾動接觸應(yīng)力的循環(huán)作用下,金屬亞表面形成微觀裂紋,并逐漸發(fā)展成凹坑狀。

2,擦傷

零件表面因滑動摩擦而產(chǎn)生的金屬遷移現(xiàn)象。其形態(tài)特征為沿軸承零件的滑動方向,并具有一定的長度和深度的表面機械性損傷,這種缺陷多發(fā)生在軸承零件的工作面。形成原因為軸承游隙過小潤滑不良及潤滑脂中含有雜質(zhì)軸向預(yù)負荷過大。

3，裂損

軸承零件金屬的連續(xù)性遭到破壞而產(chǎn)生的損傷。呈現(xiàn)線狀,方向不定有一定的長度和深度有時肉眼不可見,磁化后有聚粉現(xiàn)象。

二，軸承表面缺陷識別的難點分析

軸承表面缺陷形態(tài)各異,有些缺陷形態(tài)差別很大,很難找出這類缺陷的共同特點,造成識別上的困難。有些缺陷目標(biāo)的空間分布范圍由單一連通的空間區(qū)域組成,而有些缺陷目標(biāo)則可能由多個子區(qū)域組成。有些缺陷目標(biāo)具有相當(dāng)大的形狀任意性和復(fù)雜性,并且不同類別的缺陷形狀有可能相當(dāng)接近,從而使目標(biāo)和特征之間失去一一對應(yīng)關(guān)系。有些非缺陷,如油印與缺陷非常相似,可能被誤認成缺陷。

 

1. 滾動軸承內(nèi)圈缺陷檢測的的 CCD 成像系統(tǒng)設(shè)計

為了能利用 CCD 面陣攝像機對軸承外圈表面成像 ,需要用機械設(shè)備支撐軸承軸部 , 使其能轉(zhuǎn)動。用面陣 CCD 攝像頭垂直于軸承外圈面(軸承的法線方向), 光源對著軸承外圈面。

內(nèi)圈檢測圖像采集方案

2. 滾動軸承外圈缺陷的 CCD 成像系統(tǒng)設(shè)計

CCD 攝像機配合光源對軸承外圈滾道面進行了圖像采集，如果金屬表面存在缺陷，其形態(tài)、大小、程度會反映在圖像上，通過專門的圖像檢測軟件，發(fā)現(xiàn)缺陷并對其進行分類。相機和光源的布置如下圖所示，相機光源布置在軸承外圈兩側(cè)，來防止出現(xiàn)一側(cè)遮擋現(xiàn)象。

3. 缺陷圖像處理

4.對比度增強

在圖像采集過程中,如果亮度不足或者亮度太大,采集到的圖像灰度可能會局限在一個很小的范圍內(nèi),沒有灰度層次感。為了在圖像預(yù)處理過程中,不丟失圖像中蘊含的信息,采用將原圖像的灰度分布范圍線性變換變換到[0,255],將有效地增強圖像的對比度。

 

麻點圖像

平行光從外圈的切線方向照射 圖像中的剝離處由于受麻點小凹坑的影響會出現(xiàn)灰度值很低的區(qū)域和相鄰的 灰度值偏高的區(qū)域。在油跡處 , 灰度值較其他地方低 , 但由于本身性質(zhì)決定其灰度較均勻. 利用這一明顯的特征對比 , 利用圖像處理的方法區(qū)分出軸承表面麻點和油漬 , 進而判斷出麻點的位置以及剝離的個數(shù) 。

麻點缺陷原圖像的灰度值大多集中在一定范圍內(nèi),這是由于圖像采集時光線和拍攝角度引起的灰度分布不均勻,造成對比度稍差。采用灰度線性變換方法增強對比度后背景和缺陷目標(biāo)反差增大,使圖像細節(jié)清晰

5.擦傷

零件表面因滑動摩擦而產(chǎn)生的金屬遷移現(xiàn)象。其形態(tài)特征為沿軸承零件的滑動方向,并具有一定的長度和深度的表面機械性損傷,這種缺陷多發(fā)生在軸承零件的工作面。形成原因為軸承游隙過小潤滑不良及潤滑脂中含有雜質(zhì)軸向預(yù)負荷過大。

三，硬件選型

1，相機選型

本文 CCD 攝像機用于鐵路貨車滾動軸承內(nèi)圈滾道面的缺陷檢測，對其具體要求主要有：

（1）使用環(huán)境為工廠車間，抗干擾能力要強；

（2）對于拍攝的缺陷圖像，為了便于進一步做圖像處理和識別，像數(shù)一定要能夠保證圖像足夠清晰；

（3）由于只對缺陷做采集，無需彩色視圖，較彩色相機，采集速度快是黑白相機的顯著優(yōu)勢；

（4）軸承在拍攝過程中處于運動旋轉(zhuǎn)中，這就要求相機有較高靈敏度以及可以連續(xù)采集且序列保存；

（5）在綜合考慮 CCD 自身指標(biāo)后，還需進一步考慮經(jīng)濟因素以及主機接口問題。

性能指標(biāo)	性能指標(biāo)
相機類型	面陣相機
分辨率	1024х768
幀速率	30fps
同步方式	外觸發(fā)或連續(xù)采集
傳感器光學(xué)尺寸	1/3’’
傳感器類型	逐行掃描CCD

2，鏡頭選型

性能指標(biāo)	性能指標(biāo)
焦距	8mm
圖像尺寸	8.8х6.6（?11）
光圈工作范圍	F1.4—F16C
光圈控制	手動
視角	水平56.3°

3，光源選型

選擇的光源是LED 高角度條形光，顏色為白色，耗電量為24V/4.2W，發(fā)光面積為100mm×80mm，厚為8mm。

4，精度分析

根據(jù)軸承特性，視覺系統(tǒng)圖像采集的實際視野大小，寬度方向為10mm左右（軸承實際寬度為7mm左右），長度方向為14本實驗采用1024х768面陣相機，長度方向能夠達到的最大分辨率為1024像素，寬度方向能夠達到的最大分辨率為768個像素。

相機像素精度=單方向視野范圍大小/相機單方向分辨率

系統(tǒng)的相機寬度方向的像素精度為10mm/768pix = 0.013mm/pix，長度方向的像素精度為14mm/1048pix = 0.0136mm/pix即每個像素的寬度為0.013mm，長度為0.0136mm。我們規(guī)定缺陷直徑方向上最少有5個像素，所以能夠檢測到寬度位0.065，長度為0.068mm的缺陷。

采用1920×1200的相機，能檢測長度為0.036，寬度為0.041mm的缺陷。

5. 處理后的結(jié)果

經(jīng)過對比度增強、同態(tài)濾波和直方圖均衡化等圖像處理識別出麻點和劃痕缺陷，結(jié)果如下圖。

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麻點檢測結(jié)果

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劃痕檢測結(jié)果

盈泰德科技專業(yè)做機器視覺，缺陷檢測、尺寸測量以及定位。但是各個客戶的需求不一樣，如果您有這方面的需求，可以和我們聊聊，即使沒合作我們也希望多認識一個朋友。